EP2638777A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung

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EP2638777A1
EP2638777A1 EP11785485.1A EP11785485A EP2638777A1 EP 2638777 A1 EP2638777 A1 EP 2638777A1 EP 11785485 A EP11785485 A EP 11785485A EP 2638777 A1 EP2638777 A1 EP 2638777A1
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EP
European Patent Office
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heating
unit
connection
frequency
heating device
Prior art date
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Application number
EP11785485.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2638777B1 (de
Inventor
Daniel Anton Falcon
José Miguel Burdio Pinilla
Claudio Carretero Chamarro
Jose Maria De La Cuerda Ortin
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Oscar Jimenez Navascues
Sergio Llorente Gil
Denis Navarro Tabernero
Jose Joaquin Paricio Azcona
Diego Puyal Puente
Magdy Saoudi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP2638777B1 publication Critical patent/EP2638777B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0258—For cooking
    • H05B1/0261—For cooking of food
    • H05B1/0266—Cooktops
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them

Definitions

  • the invention is based on a heating device according to the preamble of claim 1.
  • Heater heaters are known which comprise a larger number of heating elements than frequency units. An assignment of the heating elements to the frequency units via a switching arrangement of the Schuvor- direction.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic heater with a higher reliability.
  • the object is achieved by the features of claim 1 and the procedural claim 9, while advantageous embodiments and further developments of the invention can be taken from the subclaims.
  • the invention is based on a heating device, in particular a cooktop heating device, with at least one heating connection for at least one heating element and at least one frequency unit.
  • the heating device has a protection unit which is provided to detect the existence of a line path between the frequency unit and the heating connection.
  • a protection unit which is provided to detect the existence of a line path between the frequency unit and the heating connection.
  • provided is meant in particular specially designed and / or equipped and / or programmed
  • a “heating element” is to be understood in particular as an element which is intended to convert electrical energy into heat.
  • the heating element consists of a resistance heater or a radiant heater or preferably an induction heater, which is intended to generate electrical energy indirectly via induced eddy currents
  • a "frequency unit” is to be understood in particular as meaning an electrical unit which supplies the heating element with electrical power Energy supplied.
  • the frequency unit is intended to generate an oscillating electrical signal, preferably with a frequency of at least 1 kHz, in particular of at least 10 kHz and advantageously of at least 20 kHz.
  • the frequency unit preferably comprises at least one inverter, which particularly advantageously has two switching units.
  • a “switching unit” is to be understood as meaning in particular a unit which is intended to interrupt a conduction path comprising the switching unit,
  • the switching unit is a bidirectional unipolar switch which in particular allows current to flow through the switch along the conduction path in both directions and
  • the inverter comprises at least two insulated-gate bipolar transistors, and in particular at least one snubber capacitor
  • a “conduction path” is to be understood as meaning, in particular, an electrically conductive path between two points.
  • a specific electrical resistance of the line path at 20 ° C is at most l O.Qm, in particular at most 10 "5 Qm, advantageously at most 10 " 6 Qm and particularly advantageously at most 10 "7 Qm.
  • the conduction path is free of heating elements
  • the conduction path includes at least one further component that is different from a conductor piece and a heating element, preferably a switching element of a switching arrangement, and particularly advantageously a relay
  • a "heating connection" of a heating element should be understood to mean in particular an electrical connection point of the heating element.
  • the electrical connection point is a connection point between a power supply line of the heating element, in particular a power supply cable of the heating element, and a further power supply line, in particular a conductor track of a circuit board.
  • the heating connection is preferably provided on a side facing away from the frequency unit in the direction of the line path between the frequency unit and the heating connection to an electrical connection of the heating element.
  • a "protection unit” is to be understood as meaning, in particular, a unit, in particular an electronic unit, which assumes a protective function. function detecting a line path and passing this information to a control unit.
  • a "time-multiplication method” is to be understood in particular as a control method in which individual time segments are defined, which are preferably passed through one after the other in a periodically recurring manner At least a first heating element is supplied in the first time segment and at least a second heating element in the second time segment, In particular, a power supplied to the heating elements during a time period is greater than an average time power supplied to the heating elements
  • Heating elements are operated without load or with an empty cooking utensils. Furthermore, it can be prevented, in particular in the case of induction hobs, that magnetic fields propagate freely from the heating elements in the vicinity of the induction hob.
  • the protection unit is provided to determine the existence of the conduction path based on a potential curve.
  • a “potential curve” should in particular be understood to mean a time profile of an electrical potential, preferably at a point of the line path.
  • An "electrical potential" at a point is to be understood as meaning, in particular, a path integral via an electric field from a reference point to the point, Preferably, the reference point for the electrical potential is al one point of a ground line of the frequency unit.
  • the protection unit is intended to evaluate the potential profile at the heating connection.
  • the protection unit is intended to "evaluate the potential profile at the heating connection"
  • the protection unit generates an electrical voltage between the heating connection or a point with a substantially identical electrical potential as the heating connection and the reference point
  • An "essentially the same electrical potential” is to be understood as meaning, in particular, an electrical potential with a deviation of at most 1% and preferably at most 0.1%.
  • an output voltage of the protection unit is a digital output signal, which in particular can assume only two values. This can reliably determine the existence of the line path.
  • the protection unit is provided for, based on a frequency spectrum of the potential curve, the
  • a "frequency spectrum" of the potential curve is to be understood in particular to be a frequency-dependent mathematical function which describes a composition of the potential profile from signal components of different frequencies
  • the output signal and preferably the output voltage of the protection unit depends on the frequency spectrum.
  • the protection unit recognizes a presence of high-frequency signals of a certain intensity in the frequency spectrum, in particular above a cut-off frequency, that a conduction path between the frequency unit and the heating connection exists. As a result, the existence of the line path can be determined particularly reliably.
  • the protection unit comprises at least one high-pass filter, which is provided to make a discrimination of potential gradients.
  • a "high-pass filter” is to be understood in particular as meaning an electronic filter unit which is intended to allow signals with a frequency above a cut-off frequency to pass through at least substantially unattenuated and to attenuate signals at a lower frequency be understood that one
  • the high-pass filter comprises at least one capacitor.
  • the high-pass filter comprises at least one capacitor.
  • the protection unit comprises a current sensor which is provided to determine the existence of the conduction path.
  • a "current sensor” is to be understood as meaning, in particular, a unit which is intended to detect at least the presence of an electric current, thereby saving costs compared to an embodiment with a current measuring device which is designed for measuring a high-frequency alternating current
  • the heating device comprises a control unit which is provided to receive connection information from the protection unit and to initiate at least one safety measure in the event of a faulty existence of the line path a control and / or regulating unit of an induction cooktop is at least partially integrated and which is preferably provided to control at least the frequency unit and a switching arrangement and / or to regulate.
  • the control unit comprises a computing unit and in addition to the computing unit, a memory unit.
  • a connection status between the frequency unit and the heating connection should be understood as "connection information.”
  • the connection information is preferably encoded in a digital signal, which may preferably assume only two values Existence of the conduction path between the frequency unit and the heating connection to be understood, which exists erroneously and deviates from an adjustment made by the control unit of the switching arrangement.
  • a faulty existence of a line path can be attributed to a defective switching element, in particular a stuck electromechanical relay, and / or to a faulty control of the switching element.
  • a "precautionary measure” is to be understood as meaning in particular a measure which is triggered in response to the faulty existence of the line path and which preferably aims at a backup of the heating device
  • a total number of all heating elements is greater than a total number of all frequency units.
  • the term "total number of all heating elements” should be understood to mean, in particular, the total number of all heating elements of a cooking hob.
  • Total number of all frequency units is to be understood in particular as the total number of all frequency units of the hob. This can reduce material and costs.
  • the total number of frequency units is two in a hob with at least three heating elements.
  • the total number of frequency units is four in a matrix cooking field.
  • a “matrix cooktop” is to be understood, in particular, as a cooktop, in which the heating elements are arranged in a regular grid under a cooktop panel, and a heating system which can be heated by means of the heating elements.
  • the rich hob plate preferably at least 60%, in particular at least 70%, advantageously at least 80% and more preferably comprises at least 90% of a total area of the hob plate.
  • the matrix cooking field comprises at least 10, in particular at least 20, advantageously at least 30 and particularly advantageously at least 40 heating elements. In this way, despite a limited number of frequency units, in particular in matrix cooking fields, where experience teaches that usually a maximum of four cookware are heated, a high level of operating comfort can be ensured.
  • a method is proposed with a heating device according to the invention, in particular a cooktop device, with at least one heating connection for at least one heating element, at least one frequency unit and a protection unit, in which the protection unit determines the existence of a line path between the frequency unit and the heating connection.
  • Heating device switching elements preferably in the form of electromechanical relay has. Furthermore, an operating security can be increased since a faulty existence of a line path can be detected. In this way, in particular in the case of a hob, it is possible to prevent heating elements from being operated without load. Furthermore, it can be prevented, in particular with induction hobs, that magnetic fields propagate freely from the heating elements in the vicinity of the induction hob.
  • 1 a shows an induction hob with four heating zones in a plan view
  • 1 b shows a heating device of the induction hob of FIG. 1 a
  • Fig. 4a shows an induction hob with three heating zones in a plan view
  • FIG. 4b shows a heating device of the induction hob of Fig. 4a.
  • FIG. 1 a shows a plan view of an induction hob with a hob plate 34a made of glass ceramic, on which four heating zones 36a, 38a, 40a, 42a are marked in a known manner.
  • a heating device (FIG. 1b) of the induction hob has four heating elements 18a, 20a, 22a, 24a designed as inductor coils, all of which can be operated simultaneously at different power levels.
  • Each of the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a is associated with one of the cooking zones 36a, 38a, 40a, 42a, so that when using the induction hob each heating element 18a, 20a, 22a, 24a exactly one cookware element, ie z. As a pot or pan, heated.
  • the heating device has two frequency units 26a, 28a, by means of which the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a can be supplied with energy via heating connections 10a, 12a, 14a, 16a of the heating device.
  • a total number of all heating elements 18a, 20a, 22a, 24a is greater than a total number of all frequency units 26a, 28a.
  • the two frequency units 26a, 28a each include an inverter 44a, 46a and a snubber bank 48a, 50a.
  • the inverter 44a includes a first insulated gate bipolar transistor (hereinafter abbreviated to "IGBT") 52a and a second IGBT 54a, and the inverter 46a has a first IGBT 56a and a second IGBT 58a
  • IGBTs any other switching unit that appears meaningful to a person skilled in the art can be used, but preferably a bidirectional unipolar switch.
  • the heating device has a country-specific AC voltage source 60a, which supplies a mains voltage with an effective value of 230 V and a frequency of 50 Hz.
  • the described heating direction is intended in particular for operation in Germany.
  • a corresponding AC power source supplies a 60 Hz power supply voltage.
  • the voltage of AC power source 60a first passes through a heater filter 62a, which eliminates high frequency noise and is essentially a low pass filter , A voltage filtered by the filter 62a is rectified by a rectifier 64a of the heater, which may be formed as a bridge rectifier, so that a rectified voltage U 0 is output at an output of the rectifier 64a between a collector of the IGBT 52a and an emitter of the IGBT
  • the rectified voltage U 0 is also applied between a collector of the IGBT 56 a and to an emitter of the IGBT 58 a.
  • the damping capacitor banks 48a, 50a each consist of two capacitors, wherein a first capacitor is connected in parallel with the first IGBT 52a, 56a and a second capacitor runs parallel to the second IGBT 54a, 58a of the respective frequency unit 26a.
  • the heating device has a switching arrangement 66a.
  • the switching arrangement 66a comprises six switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a.
  • the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a are SPDT relays and identical.
  • Each of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a has a first, a second and a third contact and a coil, wherein the first contact is conductively connectable to the second or the third contact by a corresponding control of the coil ,
  • the first contact of the switching element 68a is conductively connected to the emitter of the IGBT 52a.
  • the second contact of the switching element 68a is connected to the first contact of the switching element 70a.
  • the third contact of the switching element 68a is conductively connected to the first contact of the switching element 72a.
  • the second contact of the switching element 70a is conductively connected to the heating connection 10a.
  • the third contact of the switching element 70a is conductive with the heating connection
  • the second contact of the switching element 72a is conductively connected to the heating terminal 14a.
  • the third contact of the switching element 72a is conductively connected to the heating port 16a.
  • the first contact of the switching element 74a is conductively connected to the emitter of the IGBT 56a.
  • the second contact of the switching element 74a is connected to the first contact of the switching element 76a.
  • the third contact of the switching element 74a is conductively connected to the first contact of the switching element 78a.
  • the third contact of the switching element 76a is conductively connected to the heating terminal 10a.
  • the third contact of the switching element 76a is conductively connected to the heating terminal 12a.
  • the second contact of the switching element 78a is conductively connected to the heating terminal 14a.
  • the third contact of the switching element 78a is conductively connected to the heating terminal 16a.
  • the heating element 18a is connected to a first contact with the heating connection 10a.
  • the heating element 20a is connected to a first contact with the heating connection 12a.
  • the heating element 22a is connected to a first contact with the heating connection 14a.
  • the heating element 24a is connected to a first
  • a second contact of the heating element 18a is conductively connected to a second contact of the heating element 20a. Further, a second contact of the heating element 22a is conductively connected to a second contact of the heating element 24a.
  • the heater further includes resonant capacitors 80a, 82a, 84a, 86a. The second contact of the
  • Heating element 18a is conductively connected to a first contact of resonant capacitor 80a and to a first contact of resonant capacitor 82a.
  • the second contact of the heating element 22a is conductively connected to a first contact of the resonance capacitor 84a and to a first contact of the resonance capacitor 86a.
  • Second contacts of the two resonant capacitors 80a, 84a are conductively connected to the collector of the IGBT 52a.
  • second contacts of the two resonance capacitors 82a, 86a are conductively connected to the emitter of the IGBT 58a.
  • the heating device comprises a control unit 32 a, which is provided to the
  • Control arrangement 66a and the frequency units 26a, 28a to control by means of control signals for the inverters 44a, 46a and a predetermined heating power leveling.
  • the control unit 32a is designed to carry out a time-division multiplexing method, wherein different operating modes can be used in the individual defined time segments of the time-division multiplexing method.
  • the operating modes used include a "dedicated mode", a "booster mode", and a "phase drive mode.”
  • the control mechanisms may be executed sequentially at different time slots of the time division multiplexing process.
  • a frequency unit 26a, 28a energizes precisely one of the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a due to the shared resonant capacitors 80a, 82a of the heating elements 18a, 20a and the shared resonant capacitors 84a, 86a of the heating elements 22a.
  • 24a there are limitations in assigning the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a to the frequency units 26a, 28a.
  • simultaneous operation of several heating elements 18a, 20a, 22a, 24a in the dedicated mode is only possible for the heating elements 18a, 20a, 22a. 24a, which are connected to different resonance capacitors 80a, 82a, 84a, 86a
  • the drive signals for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a are independent of each other in this mode of operation.
  • one heating element 18a, 20a, 22a, 24a is operated in parallel by both frequency units 26a, 28a in order to achieve a higher heating power.
  • the drive signals for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a are identical in this operating mode for both inverters 44a, 46a.
  • phase drive mode two heating elements 18a, 20a, 22a, 24a with common resonant capacitors 80a, 82a, 84a, 86a are respectively energized by a frequency unit 26a, 28a.
  • the drive signals for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a are in this
  • Operation mode the same frequency, whereby a total power of the two heating elements 18a, 20a, 22a, 24a is fixed.
  • a relationship of the individual Heating powers of the two heating elements 18a, 20a, 22a, 24a to each other is determined by a phase shift between the drive signals.
  • the driving signals are adjusted so as to ensure zero-voltage switching of the IGBTs 52a, 54a, 56a, 58a of the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a. As a result, switching losses can be minimized.
  • the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a of the time division multiplexing circuitry 66a Due to frequent switching of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a of the time division multiplexing circuitry 66a, it is important to detect malfunctions of the switching device 66a or to drive the switching device 66a. During a lifetime of the induction hob some hundreds of thousands of switching operations per switching element 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a are to be expected. In order to minimize malfunctions, the frequency units 26a, 28a are switched off during the switching operations, so that the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a are de-energized during the switching operation.
  • a malfunction can never be completely ruled out.
  • Possible malfunctions include on the one hand malfunction of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a, such as a stuck relay or a defective component in a control circuit of the relay, or on the other hand malfunction of the control software of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a , 76a, 78a.
  • a method is used in which the existence of a line path between a frequency unit 26a, 28a and a heating connection 10a, 12a, 14a, 16a is determined by a protective unit 30a of the heating device.
  • the protection unit 30a determines the existence of the conduction path between one of the two frequency units 26a, 28a and one of the four heating connections 10a, 12a, 14a, 16a on the basis of a potential profile which it evaluates at the heating connections 10a, 12a, 14a, 16a.
  • FIG. 2 shows in a Cartesian coordinate system a typical potential profile Vi (t) at a heating connection 10a, 12a, 14a, 16a in the presence of a Conduction paths between the heating port 10a, 12a, 14a, 16a and a frequency unit 26a, 28a.
  • the ordinate axis 88a shows the electrical potential at the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a.
  • the abscissa axis 90a shows a time t.
  • the potential profile V- ⁇ (t) essentially has the shape of a rectangular signal with steep flanks. Due to sharp edges, high-frequency signal components whose frequency is above a switching frequency of the frequency units 26a, 28a are contained in a frequency spectrum of the potential profile Vi (t).
  • FIG. 3 shows in a Cartesian coordinate system a typical potential curve V 2 (t) at a heating connection 10 a, 12 a, 14 a, 16 a in the absence of a conduction path between the heating connection 10 a, 12 a, 14 a, 16 a and a frequency unit 26 a, 28 a.
  • the ordinate axis 92a shows the electrical potential V 2 at the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a.
  • the abscissa axis 94a shows a time t.
  • the potential curve V 2 (t) has substantially the shape of a in the direction of the ordinate axis 92a shifted by U 0/2 sinusoidal signal.
  • the potential profile V 2 (t) at the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a is with a potential profile on a side facing away from the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a side of the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a associated heating element 18a, 20a, 22a , 24a identical, since in the absence of a line path between see the heating port 10a, 12a, 14a, 16a and the frequency unit 26a, 28a, a current flow through the heating element 18a, 20a, 22a, 24a is zero. Due to an approximately sinusoidal course, only a few signal components are contained in a frequency spectrum of the potential course V 2 (t). Their frequencies are in the vicinity of the switching frequency of the frequency units 26a, 28a.
  • the protection unit 30a comprises for each heating connection 10a, 12a, 14a, 16a a high-pass filter with a cutoff frequency above the switching frequency of the frequency units 26a, 28a. Signal components of the potential curves Vi (t), V 2 (t) with frequencies below the cutoff frequency are strongly attenuated, while signals with frequencies above the cutoff frequency are left virtually unchanged. This discriminates the potential curves Vi (t), V 2 (t). visibly of its frequency spectrum, and the protection unit 30a can determine whether the conduction path exists between the heating port 10a, 12a, 14a, 16a and a frequency unit 26a, 28a. In the case of the existence of the line path, the protection unit 30a outputs a logical "0.” In the case of the absence of the line path, the protection unit 30a outputs a logical "1".
  • the two heaters 18a, 24a are to be operated in the dedicated mode.
  • the protection unit 30a passes on to the control unit 32a corresponding connection information, which compares the control unit 32a with a desired switch position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "1” for the heating connection 12a, a "1” for the heating connection 14a and a "0" for the heating connection 16a.
  • the switching element 70a is in the wrong position in the lower position instead of the upper position.
  • the protection unit 30a gives a "1" for the heating connection 10a, a "0” for the heating connection 12a, a “1” for the heating connection 14a and a "0" for the heating connection 16a to the control unit 32a.
  • the heating element 20a is erroneously energized, which may potentially result in a dangerous operating state for an operator.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a.
  • the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator. Assuming the switching element 68a is in the wrong position, namely in the lower position instead of the upper position.
  • the protection unit 30a for the heating terminal 10a gives a "1", for the heating terminal 12a a "1", for the heating terminal 14a depending on a switch position of the switching element 72a either a "0" or a "1" and for the If the switching element 72a is in the up position, the heating element 22a is erroneously energized, potentially resulting in a dangerous operating state for an operator can lead.
  • both frequency units 26a, 28a are connected in parallel with the heating element 24a and, in the case of different drive signals, in particular in the case of different phase positions, for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a come to a short circuit of the inverters 44a, 46a and their destruction.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a.
  • the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator.
  • the heating element 18a is in the
  • Booster mode should be operated.
  • the four switching elements 68a, 70a, 74a, 78a are in the upper position.
  • the protection unit 30a forwards to the control unit 32a corresponding connection information which compares the control unit 32a with a desired switch position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "1” for the heating connection 12a, a “1” for the heating connection 14a and a "1" for the heating connection 16a.
  • the switching element 76a is in the wrong position, in the lower position instead of the upper position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "0” for the heating connection 12a, a “1” for the heating connection 14a and a "1” for the heating connection 16a to the control unit 32a.
  • the two heating elements 18a, 20a are operated in a phase drive mode with unpowered drive signals of the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a. This can lead to higher switching losses and more heating of the inverters 44a, 46a.
  • the heating element 20a is erroneously energized, which can potentially lead to a dangerous operating state for an operator.
  • the control unit 32a recognizes this misalignment and switches off all the frequency units 26a, 28a.
  • control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator. Assume that the switching element 74a is in the wrong position, in the lower position instead of the upper position. In this case, the protection unit 30a outputs a "0" for the heating connection 10a, a "1” for the heating connection 12a and a “0” for the heating connection 14a or a “1” for the heating connection 16a, depending on a switch position of the switching element 78a. or for the heating connection 14a a "1” and for the heating connection 16a a "0" to the control unit 32a on.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a. In addition, the control unit gives
  • the protection unit 30a passes on to the control unit 32a corresponding connection information, which compares the control unit 32a with a desired switch position.
  • the protection unit 30a for the heating connection 10a gives a "0", for the heating connection 12a a "0", for the heating connection 14a a
  • the protection unit 30a for the heating connection 10a gives a "0", for the heating connection 12a a "1", for the heating connection 14a a "1” and for the heating connection 16a a "1" to the control unit 32a.
  • the two frequency units 26a, 28a are connected in parallel with the heating element 18a and, in the case of different drive signals, in particular in the case of different phase positions, for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a, the inverters 44a , 46a and their destruction come.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a. In addition, the control unit 32a issues a warning message and a warning message. to an operator. Assume that the switching element 74a is in the wrong position, in the lower position instead of the upper position. In this case, the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a “1” for the heating connection 12a and, depending on a switch position of the switching element 78a, either a "0" for the heating connection 14a and a “0” for the heating connection 16a. 1 "or for the heating connection 14a a" 1 "and for the heating connection 16a a" 0 "to the control unit 32a on. In this failure mode, depending on a switch position of the switching element 78a, either the heating element 22a or the heating element 24a is erroneously energized, resulting in a potentially hazardous operating condition for one
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a. In addition, the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator.
  • the protection unit 30a may also include a current sensor to determine the existence of the conduction path in at least one operating state.
  • the heating device may comprise at least one ammeter provided for measuring an electric current through the conduction path.
  • FIGS. 4a and 4b A further embodiment of the invention is shown in FIGS. 4a and 4b.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, reference being made to the description of the other exemplary embodiments, in particular FIGS. 1 a and 1 b, with regard to components, features and functions remaining the same.
  • FIG. 4 a shows a second induction hob with a hob plate 34 b made of a glass ceramic in a plan view. On the hob plate 34b three circular heating zones 36b, 38b, 40b are marked in a known manner.
  • FIG. 4b shows an electrical circuit diagram of a second heating device of the second induction hob.
  • the heating device comprises only three heating elements 18b, 20b, 22b, which can be connected via a switching arrangement 66b with two frequency units 26b, 28b.
  • the heating device of FIG. 4b further comprises a heating connection 16b for a fourth heating element which can be connected to the frequency unit 26b via the switching element 72b and to the frequency unit 28b via the switching element 78b.
  • a further fault situation becomes possible, namely that one of the two switching elements 72b, 78b establishes a conduction path between one of the frequency units 26b, 28b and the heating connection 16b.
  • An inverter 44b, 46b of the frequency unit 26b, 28b would then have as its sole load a damping capacitor bank 48b, 50b belonging to the frequency unit 26b, 28b.
  • the inverters 44b, 46b can survive this mode of operation for a short time without damage. It is the task of a protection unit 30b of the heating device to recognize this mode of operation in good time. For a detailed description of an operation of the protection unit 30b, reference is made to the description of the previous embodiment.
  • a heating device has further switching elements and more than four heating elements which are connected to frequency units by means of the further switching elements.
  • the switching elements which are designed as SPDT relays, are each replaced by two SPST relays.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Kochfeld- heizvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) für zumindest ein Heizelement (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b) und wenigstens einer Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b). Um eine gattungsgemäße Heizvorrichtung mit einer höheren Betriebssicherheit bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung eine Schutzeinheit (30a; 30b) umfasst, die dazu vorgesehen ist, eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b) und dem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) zu ermitteln.

Description

Heizvorrichtung
Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des An- Spruchs 1.
Es sind Heizvorrichtungen für Kochfelder bekannt, die eine größere Anzahl von Heizelementen als Frequenzeinheiten umfassen. Eine Zuordnung der Heizelemente zu den Frequenzeinheiten erfolgt über eine Schaltanordnung der Heizvor- richtung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Heizvorrichtung mit einer höheren Betriebssicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und des Ver- fahrensanspruchs 9 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Kochfeld- heizvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss für zumindest ein Heizele- ment und wenigstens einer Frequenzeinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung eine Schutzeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss zu ermitteln. Unter„vorgesehen" soll insbesonde- re speziell ausgelegt und/oder ausgestattet und/oder programmiert verstanden werden. Unter einem „Heizelement" soll insbesondere ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, elektrische Energie in Wärme umzuwandeln. Insbesondere besteht das Heizelement aus einem Widerstandsheizkörper oder einem Strahlungsheizkörper oder vorzugsweise einem Induktionsheizkörper, der dazu vorgesehen ist, elektrische Energie indirekt über induzierte Wirbelströme in
Wärme umzuwandeln. Unter einer „Frequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit verstanden werden, die das Heizelement mit elektrischer Energie versorgt. Vorzugsweise ist die Frequenzeinheit dazu vorgesehen, ein oszillierendes elektrisches Signal, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens 20 kHz, zu erzeugen. Die Frequenzeinheit umfasst vorzugsweise zumindest ei- nen Wechselrichter, der besonders vorteilhaft zwei Schalteinheiten aufweist. Unter einer„Schalteinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen die Schalteinheit umfassenden Leitungspfad zu unterbrechen. Vorzugsweise ist die Schalteinheit ein bidirektionaler unipolarer Schalter, der insbesondere einen Stromfluss durch den Schalter entlang dem Leitungspfad in beide Richtungen ermöglicht und der insbesondere eine elektrische Spannung in zumindest einer Polungsrichtung kurzschließt. Vorzugsweise umfasst der Wechselrichter zumindest zwei Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, und insbesondere zumindest einen Dämpfungskondensator. Unter einem „Leitungspfad" soll insbesondere ein für Gleichstrom elektrisch leitender Pfad zwischen zwei Punkten verstanden werden. Vorzugsweise beträgt ein spezifischer elektrischer Widerstand des Leitungspfads bei 20°C überall höchstens l O^ Qm, insbesondere maximal 10"5 Qm, vorteilhaft höchstens 10"6 Qm und besonders vorteilhaft maximal 10"7 Qm. Vorzugsweise ist der Leitungspfad frei von Heizelementen. Vorzugsweise umfasst der Leitungspfad zumindest ein weiteres von einem Leiterstück und einem Heizelement verschiedenes Bauteil, vorzugsweise ein Schaltelement einer Schaltanordnung und besonders vorteilhaft ein Relais. Unter einem„Heizanschluss" eines Heizelements soll insbesondere eine elektrische Anschlussstelle des Heizelements verstanden werden. Vorzugsweise ist die elektrische Anschlussstelle eine Verbindungsstelle zwischen einer Strom- Versorgungsleitung des Heizelements, insbesondere einem Stromversorgungskabel des Heizelements, und einer weiteren Stromversorgungsleitung, insbesondere einer Leiterbahn einer Platine. Vorzugsweise ist der Heizanschluss auf einer, in Richtung des Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss gesehen, von der Frequenzeinheit abgewandten Seite zu einem elekt- rischen Anschluss des Heizelements vorgesehen. Unter einer„Schutzeinheit" soll insbesondere eine Einheit, insbesondere eine elektronische Einheit, verstanden werden, die eine Schutzfunktion übernimmt. Vorzugsweise umfasst die Schutz- funktion ein Erkennen eines Leitungspfads und eine Weitergabe dieser Information an eine Steuereinheit.
Durch eine solche Ausgestaltung kann eine Betriebssicherheit erhöht werden, insbesondere wenn die Heizvorrichtung eine Schaltanordnung mit Schaltelementen aufweist, vorzugsweise in Form elektromechanischer Relais, und diese zu einem periodischen Schalten im Rahmen eines Zeitmultiplexverfahrens vorgesehen sind. Unter einem „Zeitmultipl exverfahren" soll insbesondere ein Steuerungsverfahren verstanden werden, bei dem einzelne Zeitabschnitte definiert werden, die vorzugsweise periodisch wiederkehrend nacheinander durchlaufen werden. Insbesondere ändert sich bei einem Übergang von einem ersten zu einem zweiten Zeitabschnitt ein Schaltzustand der Schaltanordnung, vorzugsweise derart, dass im ersten Zeitabschnitt zumindest ein erstes Heizelement und im zweiten Zeitabschnitt wenigstens ein zweites Heizelement mit Energie versorgt wird. Insbesondere ist eine den Heizelementen während eines Zeitabschnitts zugeführte Leistung größer als eine den Heizelementen zugeführte zeitliche Durchschnittsleistung. Vorzugsweise beträgt eine Periodendauer des Steuerungsverfahrens 1 s bis 5 s. Mittels der Schutzeinheit kann eine Bediensicherheit erhöht werden, da eine fehlerhafte Existenz eines Leitungspfads erkannt werden kann. Hierdurch kann insbesondere bei einem Kochfeld verhindert werden, dass
Heizelemente lastfrei oder mit einem leeren Gargeschirr betrieben werden. Ferner kann insbesondere bei Induktionskochfeldern verhindert werden, dass sich Magnetfelder von den Heizelementen ausgehend frei in der Umgebung des Induktionskochfelds ausbreiten.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads anhand eines Potentialverlaufs zu ermitteln. Unter einem „Potentialverlauf soll insbesondere ein zeitlicher Verlauf eines elektrischen Potentials, vorzugsweise an einem Punkt des Leitungspfads, verstanden werden. Unter einem„elektrischen Potential" an einem Punkt soll insbesondere ein Wegintegral über ein elektrisches Feld von einem Referenzpunkt zu dem Punkt verstanden werden. Vorzugsweise ist der Referenzpunkt für das elektrische Potenti- al ein Punkt einer Masseleitung der Frequenzeinheit. Hierdurch können Kosten erheblich gesenkt werden, da auf kostenintensive Strommessgeräte für hochfrequente Wechselströme verzichtet werden kann. Vorteilhaft ist die Schutzeinheit dazu vorgesehen, den Potentialverlauf am Heiz- anschluss auszuwerten. Darunter, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, „den Potentialverlauf am Heizanschluss auszuwerten", soll insbesondere verstanden werden, dass die Schutzeinheit eine elektrische Spannung zwischen dem Heizanschluss oder einem Punkt mit einem im Wesentlichen gleichen elekt- rischen Potential wie der Heizanschluss und dem Referenzpunkt als Eingangsspannung zugeführt bekommt und intern verarbeitet. Unter einem„im Wesentlichen gleichen elektrischen Potential" soll insbesondere ein elektrisches Potential mit einer Abweichung von maximal 1 % und vorzugsweise höchstens 0,1 % verstanden werden. Vorzugsweise ist eine Ausgangsspannung der Schutzeinheit ein digitales Ausgangsignal, welches insbesondere ausschließlich zwei Werte annehmen kann. Hierdurch kann zuverlässig die Existenz des Leitungspfads ermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, anhand eines Frequenzspektrums des Potentialverlaufs die
Existenz des Leitungspfads zu ermitteln. Unter einem„Frequenzspektrum" des Potentialverlaufs soll insbesondere eine von einer Frequenz abhängige mathematische Funktion verstanden werden, die eine Zusammensetzung des Potentialverlaufs aus Signalbestandteilen unterschiedlicher Frequenz beschreibt. Darun- ter, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist,„anhand eines Frequenzspektrums des Potentialverlaufs die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln", soll insbesondere verstanden werden, dass das Ausgangssignal und vorzugsweise die Ausgangsspannung der Schutzeinheit vom Frequenzspektrum abhängt. Insbesondere erkennt die Schutzeinheit an einem Vorhandensein von hochfrequenten Signalen einer bestimmten Intensität im Frequenzspektrum, insbesondere oberhalb einer Grenzfrequenz, dass ein Leitungspfad zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss existiert. Hierdurch kann besonders zuverlässig die Existenz des Leitungspfads ermittelt werden.
Vorteilhaft umfasst die Schutzeinheit zumindest einen Hochpassfilter, der dazu vorgesehen ist, eine Diskriminierung von Potentialverläufen vorzunehmen. Unter einem„Hochpassfilter" soll insbesondere eine elektronische Filtereinheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, Signale mit einer Frequenz oberhalb einer Grenzfrequenz zumindest im Wesentlichen ungeschwächt passieren zu lassen und Signale mit einer niedrigeren Frequenz zu dämpfen. Unter„zumindest im Wesentlichen ungeschwächt" soll insbesondere verstanden werden, dass eine
Signalabschwächung maximal 15%, insbesondere höchstens 10%, vorteilhaft maximal 5% und besonders vorteilhaft höchstens 1 % beträgt. Vorzugsweise umfasst der Hochpassfilter zumindest einen Kondensator. Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Diskriminierung von Potentialverläufen er- reicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit einen Stromsensor umfasst, der dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln. Unter einem „Stromsensor" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Vorhandensein eines elektrischen Stroms nachzuweisen. Hierdurch können Kosten gegenüber einer Ausführung mit einem Strommessgerät, welches zu einem Messen eines hochfrequenten Wechselstroms ausgelegt ist, eingespart werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung eine Steuereinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, Verbindungsinformationen von der Schutzeinheit zu empfangen und im Falle einer fehlerhaften Existenz des Leitungspfads zumindest eine Sicherungsmaßnahme zu veranlassen. Unter einer„Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit eines Induktionskochfelds zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, zumindest die Frequenzeinheit und eine Schaltanordnung zu steuern und/oder zu regeln. Vor- zugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit. Unter einer„Verbindungsinformation" soll insbesondere ein Verbindungsstatus zwischen der Frequenzeinheit und dem Heiz- anschluss verstanden werden. Vorzugsweise ist die Verbindungsinformation in einem digitalen Signal, welches vorzugsweise ausschließlich zwei Werte annehmen kann, kodiert. Unter einer„fehlerhaften Existenz des Leitungspfads" soll insbesondere eine Existenz des Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss verstanden werden, die fehlerhafterweise existiert und von einer durch die Steuereinheit vorgenommenen Einstellung der Schaltanordnung abweicht. Insbesondere kann eine fehlerhafte Existenz eines Leitungspfads auf ein defektes Schaltelement, insbesondere ein hängengebliebenes elektrome- chanisches Relais, und/oder auf eine fehlerhafte Ansteuerung des Schaltelements zurückzuführen sein. Unter einer„Sicherungsmaßnahme" soll insbesondere eine Maßnahme verstanden werden, die als Reaktion auf die fehlerhafte Existenz des Leitungspfads ausgelöst wird und die vorzugsweise auf eine Sicherung der Heizvorrichtung abzielt. Vorzugsweise umfasst die Sicherungsmaßnahme eine Abschaltung aller Frequenzeinheiten. Vorzugsweise umfasst die Sicherungsmaßnahme ein Ausgeben einer Fehlermeldung und/oder einer Wartungsaufforderung. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine Bediensicherheit besonders vorteilhaft erhöht werden.
Vorteilhaft ist eine Gesamtzahl aller Heizelemente größer als eine Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten. Unter einer„Gesamtzahl aller Heizelemente" soll insbesondere die Gesamtzahl aller Heizelemente eines Kochfelds verstanden werden. Unter einer„Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten" soll insbesondere die Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten des Kochfelds verstanden werden. Hierdurch können Material und Kosten reduziert werden. Vorteilhaft ist die Gesamtzahl der Frequenzeinheiten zwei bei einem Kochfeld mit zumindest drei Heizelementen. Vorteilhaft ist die Gesamtzahl der Frequenzeinheiten vier bei einem Matrixkoch- feld. Unter einem „Matrixkochfeld" soll insbesondere ein Kochfeld verstanden werden, bei dem die Heizelemente in einem regelmäßigen Raster unter einer Kochfeldplatte angeordnet sind, und ein mittels der Heizelemente heizbarer Be- reich der Kochfeld platte vorzugsweise wenigstens 60%, insbesondere zumindest 70%, vorteilhaft zumindest 80% und besonders vorteilhaft wenigstens 90% einer Gesamtfläche der Kochfeldplatte umfasst. Insbesondere umfasst das Matrixkochfeld zumindest 10, insbesondere mindestens 20, vorteilhaft wenigstens 30 und besonders vorteilhaft zumindest 40 Heizelemente. Hierdurch kann trotz einer begrenzten Anzahl von Frequenzeinheiten, insbesondere bei Matrixkochfeldern, bei denen die Erfahrung lehrt, dass meist maximal vier Gargeschirre erhitzt werden, ein hoher Bedienkomfort sichergestellt werden. Des Weiteren wird ein Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, insbesondere einer Kochfeldvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss für zumindest ein Heizelement, wenigstens einer Frequenzeinheit und einer Schutzeinheit, vorgeschlagen, bei dem durch die Schutzeinheit eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss ermittelt wird. Hierdurch kann eine Betriebssicherheit erhöht werden, insbesondere wenn die
Heizvorrichtung Schaltelemente, vorzugsweise in Form elektromechanischer Relais, aufweist. Des Weiteren kann eine Bediensicherheit erhöht werden, da eine fehlerhafte Existenz eines Leitungspfads erkannt werden kann. Hierdurch kann, insbesondere bei einem Kochfeld, verhindert werden, dass Heizelemente lastfrei betrieben werden. Ferner kann, insbesondere bei Induktionskochfeldern, verhindert werden, dass sich Magnetfelder von den Heizelementen ausgehend frei in der Umgebung des Induktionskochfelds ausbreiten.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Zeichnungsbeschreibungen. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die
Zeichnungen, die Beschreibungen und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 a ein Induktionskochfeld mit vier Heizzonen in einer Draufsicht, Fig. 1 b eine Heizvorrichtung des Induktionskochfelds aus Fig. 1 a,
Fig. 2 einen Potentialverlauf bei einer bestehenden Verbindung,
Fig. 3 einen Potentialverlauf bei einer getrennten Verbindung,
Fig. 4a ein Induktionskochfeld mit drei Heizzonen in einer Draufsicht und
Fig. 4b eine Heizvorrichtung des Induktionskochfelds aus Fig. 4a.
Fig. 1 a zeigt eine Draufsicht auf ein Induktionskochfeld mit einer Kochfeldplatte 34a aus Glaskeramik, auf der vier Heizzonen 36a, 38a, 40a, 42a in bekannter Weise gekennzeichnet sind. Eine Heizvorrichtung (Fig. 1 b) des Induktionskochfelds weist vier als Induktorspulen ausgebildete Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a auf, welche alle gleichzeitig auf unterschiedlichen Leistungsstufen betreibbar sind. Jedes der Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a ist einer der Kochzonen 36a, 38a, 40a, 42a zugeordnet, so dass bei einer Benutzung des Induktionskochfelds jedes Heizelement 18a, 20a, 22a, 24a genau ein Kochgeschirrelement, also z. B. einen Topf oder eine Pfanne, erhitzt. Die Heizvorrichtung weist zwei Frequenzeinheiten 26a, 28a auf, durch die die Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a über Heizanschlüsse 10a, 12a, 14a, 16a der Heizvorrichtung mit Energie versorgt werden können. Somit ist eine Gesamtzahl aller Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a größer als eine Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten 26a, 28a. Die zwei Frequenzeinheiten 26a, 28a umfassen jeweils einen Wechselrichter 44a, 46a und eine Dämpfungskondensatorbank 48a, 50a. Der Wechselrichter 44a weist einen ersten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (hierfür wird im Folgenden die Abkürzung„IGBT" verwendet) 52a und einen zweiten IGBT 54a auf. Ferner weist der Wechselrichter 46a einen ersten IGBT 56a und einen zweiten IGBT 58a auf. Alternativ kann anstatt der IGBTs auch jede andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schalteinheit eingesetzt werden, vorzugsweise jedoch ein bidirektionaler unipolarer Schalter.
Des Weiteren weist die Heizvorrichtung eine länderspezifische Wechselstromspannungsquelle 60a auf, welche eine Stromnetzspannung mit einem Effektivwert von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz liefert. Die beschriebene Heizvor- richtung ist insbesondere zu einem Betrieb in Deutschland vorgesehen. Für Heizvorrichtungen, welche zu einem Betrieb in den USA vorgesehen sind, liefert eine entsprechende Wechselstromspannungsquelle eine Stromnetzspannung mit 60 Hz. Die Spannung der Wechselstromspannungsquelle 60a durchläuft zu- nächst einen Filter 62a der Heizvorrichtung, der hochfrequentes Rauschen eliminiert und im Wesentlichen ein Tiefpass-Filter ist. Eine von dem Filter 62a gefilterte Spannung wird von einem Gleichrichter 64a der Heizvorrichtung, welcher als Brückengleichrichter ausgebildet sein kann, gleichgerichtet, so dass an einem Ausgang des Gleichrichters 64a eine gleichgerichtete Spannung U0 abgegeben wird, die zwischen einem Kollektor des IGBTs 52a und einem Emitter des IGBTs
54a anliegt. Die gleichgerichtete Spannung U0 liegt ferner zwischen einem Kollektor des IGBTs 56a und an einem Emitter des IGBTs 58a an. Die Dämpfungskondensatorbänke 48a, 50a bestehen jeweils aus zwei Kondensatoren, wobei ein erster Kondensator parallel zum ersten IGBT 52a, 56a und ein zweiter Konden- sator parallel zum zweiten IGBT 54a, 58a der jeweiligen Frequenzeinheit 26a,
28a geschaltet ist.
Des Weiteren weist die Heizvorrichtung eine Schaltanordnung 66a auf. Die Schaltanordnung 66a umfasst sechs Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a. Die Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a sind SPDT Relais und baugleich. Jedes der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kontakt und eine Spule auf, wobei der erste Kontakt durch eine entsprechende Ansteuerung der Spule wahlweise mit dem zweiten oder dem dritten Kontakt leitend verbindbar ist. Der erste Kontakt des Schaltelements 68a ist leitend mit dem Emitter des IGBTs 52a verbunden.
Ferner ist der zweite Kontakt des Schaltelements 68a mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 70a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 68a ist leitend mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 72a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 70a ist leitend mit dem Heizanschluss 10a verbun- den. Der dritte Kontakt des Schaltelements 70a ist leitend mit dem Heizanschluss
12a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 72a ist leitend mit dem Heizanschluss 14a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 72a ist leitend mit dem Heizanschluss 16a verbunden. Außerdem ist der erste Kontakt des Schaltelements 74a leitend mit dem Emitter des IGBTs 56a verbunden. Ferner ist der zweite Kontakt des Schaltelements 74a mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 76a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 74a ist leitend mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 78a verbunden. Der zweite
Kontakt des Schaltelements 76a ist leitend mit dem Heizanschluss 10a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 76a ist leitend mit dem Heizanschluss 12a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 78a ist leitend mit dem Heizanschluss 14a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 78a ist leitend mit dem Heizanschluss 16a verbunden.
Das Heizelement 18a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 10a verbunden. Das Heizelement 20a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 12a verbunden. Das Heizelement 22a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 14a verbunden. Das Heizelement 24a ist mit einem ersten
Kontakt mit dem Heizanschluss 16a verbunden. Ein zweiter Kontakt des Heizelements 18a ist leitend mit einem zweiten Kontakt des Heizelements 20a verbunden. Ferner ist ein zweiter Kontakt des Heizelements 22a leitend mit einem zweiten Kontakt des Heizelements 24a verbunden. Die Heizvorrichtung weist ferner Resonanzkondensatoren 80a, 82a, 84a, 86a auf. Der zweite Kontakt des
Heizelements 18a ist leitend mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 80a und mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 82a verbunden. Der zweite Kontakt des Heizelements 22a ist leitend mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 84a und mit einem ersten Kontakt des Reso- nanzkondensators 86a verbunden. Zweite Kontakte der zwei Resonanzkondensatoren 80a, 84a sind leitend mit dem Kollektor des IGBTs 52a verbunden. Ferner sind zweite Kontakte der zwei Resonanzkondensatoren 82a, 86a leitend mit dem Emitter des IGBTs 58a verbunden. Die Heizvorrichtung umfasst eine Steuereinheit 32a, die dazu vorgesehen ist, die
Schaltanordnung 66a und die Frequenzeinheiten 26a, 28a mittels Ansteuerungs- signalen für die Wechselrichter 44a, 46a zu steuern und eine vorgegebene Heiz- leistung einzuregeln. Die Steuereinheit 32a ist dazu ausgelegt, ein Zeitmultiplex- verfahren durchzuführen, wobei in den einzelnen definierten Zeitabschnitten des Zeitmultiplexverfahrens verschiedene Betriebsmodi zum Einsatz kommen können. Die verwendeten Betriebsmodi umfassen einen„dedizierten Modus", einen „Booster-Modus" und einen „Phasenansteuerungs-Modus". Die Steuermechanismen können nacheinander in unterschiedlichen Zeitabschnitten des Zeitmultiplexverfahrens ausgeführt werden.
Im„dedizierten Modus" versorgt eine Frequenzeinheit 26a, 28a genau eines der Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a mit Energie. Aufgrund der gemeinsam verwendeten Resonanzkondensatoren 80a, 82a der Heizelemente 18a, 20a und der gemeinsam verwendeten Resonanzkondensatoren 84a, 86a der Heizelemente 22a, 24a ergeben sich Einschränkungen bei einer Zuordnung der Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a zu den Frequenzeinheiten 26a, 28a. So ist ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a im dedizierten Modus nur für die Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a möglich, die an unterschiedliche Resonanzkondensatoren 80a, 82a, 84a, 86a angeschlossen sind. Die Ansteuerungssignale für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a sind in diesem Betriebsmodus voneinander unabhängig.
Im Booster-Modus wird je ein Heizelement 18a, 20a, 22a, 24a durch beide Frequenzeinheiten 26a, 28a parallel betrieben, um eine höhere Heizleistung zu erreichen. Die Ansteuerungssignale für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a sind in diesem Betriebsmodus für beide Wechselrichter 44a, 46a identisch.
Im Phasenansteuerungs-Modus werden zwei Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a mit gemeinsamen Resonanzkondensatoren 80a, 82a, 84a, 86a jeweils durch eine Frequenzeinheit 26a, 28a mit Energie versorgt. Die Ansteuerungssignale für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a weisen in diesem
Betriebsmodus die gleiche Frequenz auf, wodurch eine Gesamtleistung der beiden Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a festgelegt ist. Ein Verhältnis der einzelnen Heizleistungen der zwei Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a zueinander wird durch eine Phasenverschiebung zwischen den Ansteuerungssignalen festgelegt. Des Weiteren werden die Ansteuerungssignale derart angepasst, dass ein spannungsloses Schalten (Zero Voltage Switching) der IGBTs 52a, 54a, 56a, 58a der Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a sichergestellt ist. Hierdurch können Schaltverluste minimiert werden.
Aufgrund häufiger Schaltvorgänge der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a der Schaltanordnung 66a beim Zeitmultiplexverfahren ist eine Ermittlung von Fehlfunktionen der Schaltanordnung 66a oder der Ansteuerung der Schaltanordnung 66a wichtig. Während einer Lebensdauer des Induktionskochfelds sind einige Hunderttausend Schaltvorgänge pro Schaltelement 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a zu erwarten. Um Fehlfunktionen zu minimieren, werden die Frequenzeinheiten 26a, 28a während der Schaltvorgänge abgeschaltet, so dass die Schaltele- mente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a während des Schaltvorgangs stromlos sind.
Dennoch kann eine Fehlfunktion nie ganz ausgeschlossen werden. Mögliche Fehlfunktionen umfassen einerseits Fehlfunktionen der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a, wie beispielsweise ein hängengebliebenes Relais oder ein defektes Bauteil in einem Steuerstromkreis des Relais, oder andererseits Fehl- funktionen der Steuersoftware der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a.
Bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kommt ein Verfahren zum Einsatz, bei dem durch eine Schutzeinheit 30a der Heizvorrichtung eine Existenz eines Leitungspfads zwischen einer Frequenzeinheit 26a, 28a und einem Heizan- schluss 10a, 12a, 14a, 16a ermittelt wird. Die Schutzeinheit 30a ermittelt in zumindest einem Betriebszustand die Existenz des Leitungspfads zwischen einer der zwei Frequenzeinheiten 26a, 28a und einem der vier Heizanschlüsse 10a, 12a, 14a, 16a anhand eines Potentialverlaufs, den sie an den Heizanschlüssen 10a, 12a, 14a, 16a auswertet.
Fig. 2 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem einen typischen Potentialverlauf V-i(t) an einem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a bei einer Existenz eines Leitungspfads zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und einer Frequenzeinheit 26a, 28a. Die Ordinatenachse 88a zeigt das elektrische Potential \ am Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a. Die Abszissenachse 90a zeigt eine Zeit t. Der Potentialverlauf V-ι (t) weist im Wesentlichen die Form eines Rechtecksignals mit steilen Flanken auf. Aufgrund scharfer Kanten sind in einem Frequenzspektrum des Potentialsverlaufs V-i(t) hochfrequente Signalanteile enthalten, deren Frequenz oberhalb einer Schaltfrequenz der Frequenzeinheiten 26a, 28a liegt.
Fig. 3 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem einen typischen Potential- verlauf V2(t) an einem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a bei einer Abwesenheit eines Leitungspfads zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und einer Frequenzeinheit 26a, 28a. Die Ordinatenachse 92a zeigt das elektrische Potential V2 am Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a. Die Abszissenachse 94a zeigt eine Zeit t. Der Potentialverlauf V2(t) weist im Wesentlichen die Form eines in Rich- tung der Ordinatenachse 92a um U0/2 verschobenen sinusförmigen Signals auf.
Der Potentialverlauf V2(t) am Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a ist mit einem Potentialverlauf auf einer vom Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a abgewandten Seite des dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a zugeordneten Heizelements 18a, 20a, 22a, 24a identisch, da bei einer Abwesenheit eines Leitungspfads zwi- sehen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und der Frequenzeinheit 26a, 28a ein Stromfluss durch das Heizelement 18a, 20a, 22a, 24a Null beträgt. Aufgrund eines annähernd sinusförmigen Verlaufs sind in einem Frequenzspektrum des Potentialsverlaufs V2(t) nur wenige Signalanteile enthalten. Deren Frequenzen liegen in der Umgebung der Schaltfrequenz der Frequenzeinheiten 26a, 28a.
Zu einer Unterscheidung der zwei unterschiedlichen Potentialverläufe V-i(t), V2(t) umfasst die Schutzeinheit 30a für jeden Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a einen Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz oberhalb der Schaltfrequenz der Frequenzeinheiten 26a, 28a. Signalanteile der Potentialverläufe V-i(t), V2(t) mit Fre- quenzen unterhalb der Grenzfrequenz werden stark gedämpft, während Signale mit Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz nahezu unverändert belassen werden. Hierdurch wird eine Diskriminierung der Potentialverläufe V-i(t), V2(t) hin- sichtlich ihres Frequenzspektrums ermöglicht und die Schutzeinheit 30a kann ermitteln, ob der Leitungspfad zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und einer Frequenzeinheit 26a, 28a existiert. Im Falle der Existenz des Leitungspfads gibt die Schutzeinheit 30a eine logische„0" aus. Im Falle der Abwesenheit des Leitungspfads gibt die Schutzeinheit 30a eine logische„1 " aus.
In einem Beispiel sei angenommen, dass die zwei Heizelemente 18a, 24a im dedizierten Modus betrieben werden sollen. Bei einer korrekten Schalterstellung der Schaltanordnung 66a sind die zwei Schaltelemente 68a, 70a in der oberen Stellung und die Schaltelemente 74a, 78a in der unteren Stellung. Die Schutzeinheit 30a gibt an die Steuereinheit 32a eine entsprechende Verbindungsinformation weiter, die die Steuereinheit 32a mit einer Soll-Schalterstellung vergleicht. Im vorliegenden Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine „0", für den Heizanschluss 12a eine„1 ", für den Heizanschluss 14a eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„0" weiter. Angenommen das Schaltelement 70a sei in der falschen Stellung und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„1 ", für den Heizanschluss 12a eine„0", für den Heizanschluss 14a eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„0" an die Steuereinheit 32a weiter. In die- sem Fehlermodus wird fehlerhafterweise das Heizelement 20a mit Energie versorgt, was potentiell zu einem für einen Bediener gefährlichen Betriebszustand führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. Ange- nommen das Schaltelement 68a sei in der falschen Stellung und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„1 ", für den Heizanschluss 12a eine„1 ", für den Heizanschluss 14a in Abhängigkeit von einer Schalterstellung des Schaltelements 72a entweder eine„0" oder eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„0" an die Steuereinheit 32a weiter. Steht das Schaltelement 72a in der oberen Stellung, so wird fehlerhafterweise das Heizelement 22a mit Energie versorgt, was potentiell zu einem für einen Bediener gefährlichen Betriebszustand führen kann. Steht das Schaltelement 72a in der unteren Stellung, so sind beide Frequenzeinheiten 26a, 28a parallel mit dem Heizelement 24a verbunden und es kann im Falle von unterschiedlichen Ansteuerungssignalen, insbesondere im Falle unterschiedlicher Phasenlagen, für die Wechselrichter 44a, 46a der Fre- quenzeinheiten 26a, 28a zu einem Kurzschluss der Wechselrichter 44a, 46a und deren Zerstörung kommen. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. In einem weiteren Beispiel sei angenommen, dass das Heizelement 18a im
Booster-Modus betrieben werden soll. Bei einer korrekten Schalterstellung der Schaltanordnung 66a sind die vier Schaltelemente 68a, 70a, 74a, 78a in der oberen Stellung. Die Schutzeinheit 30a gibt an die Steuereinheit 32a eine entsprechende Verbindungsinformation weiter, die die Steuereinheit 32a mit einer Soll- Schalterstellung vergleicht. Im vorliegenden Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„0", für den Heizanschluss 12a eine „1 ", für den Heizanschluss 14a eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„1 " weiter. Angenommen das Schaltelement 76a sei in der falschen Stellung, und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzein- heit 30a für den Heizanschluss 10a eine„0", für den Heizanschluss 12a eine„0", für den Heizanschluss 14a eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„1 " an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus werden die beiden Heizelemente 18a, 20a in einem Phasenansteuerungs-Modus mit für ein spannungsloses Schalten unangepassten Ansteuerungssignalen der Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a betrieben. Dies kann zu stärkeren Schaltverlusten und zu einer stärkeren Erwärmung der Wechselrichter 44a, 46a führen. Des Weiteren wird fehlerhafterweise das Heizelement 20a mit Energie versorgt, was potentiell zu einem für einen Bediener gefährlichen Betriebszustand führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Fre- quenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. Angenommen das Schaltelement 74a sei in der falschen Stellung, und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„0", für den Heizanschluss 12a eine„1 " und abhängig von einer Schalterstellung des Schaltelements 78a entweder für den Heizanschluss 14a eine„0" und für den Heizanschluss 16a eine„1 " oder für den Heiz- anschluss 14a eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„0" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus wird abhängig vom Schaltzustand des Schaltelements 78a entweder das Heizelement 22a oder das Heizelement 24a mit Energie versorgt, was zu einem potentiell gefährlichen Betriebszustand für einen Bediener führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit
32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus.
In einem letzten Beispiel sei angenommen, dass die zwei Heizelemente 18a, 20a im Phasenansteuerungs-Modus betrieben werden sollen. Bei einer korrekten Schalterstellung der Schaltanordnung 66a sind die drei Schaltelemente 68a, 70a,
74a in der oberen Stellung und das Schaltelement 76a in der unteren Stellung. Die Schutzeinheit 30a gibt an die Steuereinheit 32a eine entsprechende Verbindungsinformation weiter, die die Steuereinheit 32a mit einer Soll-Schalterstellung vergleicht. Im vorliegenden Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„0", für den Heizanschluss 12a eine„0", für den Heizanschluss 14a eine
„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„1 " weiter. Angenommen das Schaltelement 76a sei in der falschen Stellung, und zwar in der oberen Stellung anstatt der unteren Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„0", für den Heizanschluss 12a eine„1 ", für den Heizanschluss 14a eine „1 " und für den Heizanschluss 16a eine„1 " an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus sind die beiden Frequenzeinheiten 26a, 28a parallel mit dem Heizelement 18a verbunden und es kann im Falle von unterschiedlichen Ansteuerungssignalen, insbesondere im Falle unterschiedlicher Phasenlagen, für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a zu einem Kurz- schluss der Wechselrichter 44a, 46a und deren Zerstörung kommen. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine War- tungsaufforderung an einen Bediener aus. Angenommen das Schaltelement 74a sei in der falschen Stellung, und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine„0", für den Heizanschluss 12a eine„1 " und abhängig von einer Schalterstel- lung des Schaltelements 78a entweder für den Heizanschluss 14a eine„0" und für den Heizanschluss 16a eine„1 " oder für den Heizanschluss 14a eine„1 " und für den Heizanschluss 16a eine„0" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus wird abhängig von einer Schalterstellung des Schaltelements 78a entweder das Heizelement 22a oder das Heizelement 24a fehlerhafterweise mit Energie versorgt, was zu einem potentiell gefährlichen Betriebszustand für einen
Bediener führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzeinheit 30a auch einen Stromsensor umfassen, um in zumindest einem Betriebszustand die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung zumindest einen Strommesser umfassen, der zu einer Messung eines elektrischen Stroms durch den Leitungspfad vorgesehen ist.
In den Fig. 4a und 4b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Fig. 1 a und 1 b, verwiesen werden kann.
Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Fig. 1 a und 1 b durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der Fig. 4a und 4b ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels, insbesondere der Fig. 1 a und 1 b, verwiesen werden. Fig. 4a zeigt ein zweites Induktionskochfeld mit einer Kochfeldplatte 34b aus einer Glaskeramik in einer Draufsicht. Auf der Kochfeldplatte 34b sind drei kreisrunde Heizzonen 36b, 38b, 40b in bekannter Weise markiert. Fig. 4b zeigt ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Heizvorrichtung des zweiten Induktionskochfelds. Die Heizvorrichtung umfasst nur drei Heizelemente 18b, 20b, 22b, die über eine Schaltanordnung 66b mit zwei Frequenzeinheiten 26b, 28b verbindbar sind. Um Produktionskosten durch eine Reduzierung einer Anzahl verschiedenartiger Heizvorrichtungen zu minimieren, umfasst die Heizvorrichtung aus Fig. 4b weiterhin einen Heizanschluss 16b für ein viertes Heizelement, der über das Schaltelement 72b mit der Frequenzeinheit 26b und über das Schaltelement 78b mit den Frequenzeinheit 28b verbindbar ist. Hierdurch wird ein weiterer Fehlerfall möglich, dass nämlich eines der zwei Schaltelemente 72b, 78b einen Leitungspfad zwischen einer der Frequenzeinheiten 26b, 28b und dem Heizanschluss 16b herstellt. Ein Wechselrichter 44b, 46b der Frequenzeinheit 26b, 28b hätte dann als einzige Last eine zur Frequenzeinheit 26b, 28b gehörende Dämpfungskondensatorbank 48b, 50b. Die Wechselrichter 44b, 46b können diesen Betriebsmodus für kurze Zeit unbeschadet überstehen. Es ist Aufgabe einer Schutzeinheit 30b der Heizvorrichtung, diesen Betriebsmodus rechtzeitig zu erkennen. Bezüglich einer genauen Beschreibung einer Funktionsweise der Schutzeinheit 30b sei auf die Beschreibung des vorherigen Ausführungsbeispiels verwiesen.
Prinzipiell ist denkbar, dass eine Heizvorrichtung weitere Schaltelemente und mehr als vier Heizelemente aufweist, welche mittels der weiteren Schaltelemente an Frequenzeinheiten angeschlossen sind. Prinzipiell ist denkbar, dass die Schaltelemente, welche als SPDT Relais ausgebildet sind, jeweils durch zwei SPST Relais ersetzt werden. Bezugszeichen
10a Heizanschluss 38a Heizzone
10b Heizanschluss 38b Heizzone
12a Heizanschluss 40a Heizzone
12b Heizanschluss 40b Heizzone
14a Heizanschluss 42a Heizzone
14b Heizanschluss 44a Wechselrichter
16a Heizanschluss 44b Wechselrichter
16b Heizanschluss 46a Wechselrichter
18a Heizelement 46b Wechselrichter
18b Heizelement 48a Dämpfungskondensatorbank
20a Heizelement 48b Dämpfungskondensatorbank
20b Heizelement 50a Dämpfungskondensatorbank
22a Heizelement 50b Dämpfungskondensatorbank
22b Heizelement 52a IGBT
24a Heizelement 52b IGBT
26a Frequenzeinheit 54a IGBT
26b Frequenzeinheit 54b IGBT
28a Frequenzeinheit 56a IGBT
28b Frequenzeinheit 56b IGBT
30a Schutzeinheit 58a IGBT
30b Schutzeinheit 58b IGBT
32a Steuereinheit 60a Wechselstromspannungsquelle
32b Steuereinheit 60b Wechselstromspannungsquelle
34a Kochfeld platte 62a Filter
34b Kochfeld platte 62b Filter
36a Heizzone 64a Gleichrichter
36b Heizzone 64b Gleichrichter 6a Schaltanordnung Potentialverlauf 6b Schaltanordnung Potential 8a Schaltelement Potential 8a Schaltelement Zeit
0a Schaltelement
70b Schaltelement
72a Schaltelement
72b Schaltelement
74a Schaltelement
74b Schaltelement
76a Schaltelement
76b Schaltelement
78a Schaltelement
78b Schaltelement
80a Resonanzkondensator
80b Resonanzkondensator
82a Resonanzkondensator
82b Resonanzkondensator
84a Resonanzkondensator
84b Resonanzkondensator
86a Resonanzkondensator
86b Resonanzkondensator
88a Ordinatenachse
90a Abszissenachse
92a Ordinatenachse
94a Abszissenachse
Uo Gleichgerichtete Spannung
Vi(t) Potentialverlauf

Claims

Patentansprüche
Heizvorrichtung, insbesondere Kochfeldheizvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) für zumindest ein Heizelement (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b) und wenigstens einer Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b), gekennzeichnet durch eine Schutzeinheit (30a; 30b), die dazu vorgesehen ist, eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b) und dem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) zu ermitteln.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzeinheit (30a; 30b) dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads anhand eines Potentialverlaufs zu ermitteln.
Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzeinheit (30a; 30b) dazu vorgesehen ist, den Potentialverlauf am Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) auszuwerten.
Heizvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) dazu vorgesehen ist, anhand eines Frequenzspektrums des Potentialverlaufs die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) zumindest einen Hochpassfilter umfasst, der dazu vorgesehen ist, eine Diskriminierung von Potentialverläufen vorzunehmen. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) einen Stromsensor umfasst, der dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (32a; 32b), die dazu vorgesehen ist, Verbindungsinformationen von der Schutzeinheit (30a; 30b) zu empfangen und im Falle einer fehlerhaften Existenz des Leitungspfads zumindest eine Sicherungsmaßnahme zu veranlassen.
Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtzahl aller Heizelemente (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b) größer ist als eine Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten (26a, 28a; 26b, 28b).
Verfahren mit einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Kochfeldvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) für zumindest ein Heizelement (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b), wenigstens einer Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b) und einer Schutzeinheit (30a; 30b), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch die Schutzeinheit (30a; 30b) eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b) und dem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) ermittelt wird.
Kochfeld, insbesondere Induktionskochfeld, mit einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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